Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса
1.1 Особенности геологического строения Старобинского месторождения 11
1.2 Обобщение технологических схем в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий» 19
1.3 Характеристика геомеханического состояния массива, вмещающего оставляемые целики 32
1.4 Анализ технологий доизвлечения целиков 38
1.5 Выводы по главе 1 45
2. Выбор технологий доизвлечения запасов руды для характерных объектов доизвлечения и характеристика деформационных свойств рассматриваемого МГП 49
2.1 Обобщение горнотехнической ситуации на рудниках РУП «ПО г «Беларуськалий» 49
2.2 Анализ объектов доизвлечения запасов калийной руды на шахтных полях РУП «ПО «Беларуськалий» 52
2.3 Выбор технологии доизвлечения запасов руды для условий Третьего горизонта и разработка вариантов технологических схем
2.3.1 Область применения бурошнековых установок 62
2.3.2 Достигнутые технико-экономические показатели бурошнековых установок 62
2.3.3 Современные бурошнековые машины 64
2.3.4. Основные параметры технологических схем доизвлечения запасов из целиков в условиях рудников РУП ПО «Беларуськалий» 67
2.4 Выбор и обоснование метода оценки НДС массива горных пород 71
2.5 Механические свойства массива горных пород в зонах предполагаемого доизвлечения запасов 75
2.6 Выводы по главе 2 87
3. Экспериментально-аналитические исследования напряженно-деформированного состояния ответственных элементов МГП 91
3.1 Построение ГГМ (PC) различных вариантов технологических схем доизвлечения запасов сильвинитовых руд для оценки параметров НДС ответственных элементов массива 91
3.2 Построение ГГМ и PC для оценки взаимовлияния отрабатываемых горизонтов на параметры НДС массива 103
3.3 Анализ результатов моделирования и выбор (обоснование) критерия устойчивости ответственных элементов массива при доизвлечении целиков
3.3.1 Сравнение данных натурных исследований и результатов компьютерного моделирования 117
3.3.2 Оценка синергетики отрабатываемых калийных горизонтов 121
3.4 Оценка устойчивости ответственных элементов массива 130
3.4.1 Основные положения оценки локальной безопасности работ 146
3.5 Выводы по главе 3 148
4. Разработка рациональных технологических схем доизвлечения запасов на базе анализа НДС МГП и его элементов 154
4.1 Разработка технологических схем доизвлечения 154
4.1.1 Схемы подготовки выемочных участков 154
4.1.2 Технологические схемы доизвлечения 158
4.1.3 Технико-экономическая оценка предлагаемых схем 161
4.1.4 Перспективы применения бурошнекового оборудования на рудниках РУП ПО «Беларуськалий» 165
4.2 Алгоритм выбора наиболее эффективных вариантов по комплексу исследованных факторов 165
Заключение 174
Список литературы
- Обобщение технологических схем в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий»
- Выбор технологии доизвлечения запасов руды для условий Третьего горизонта и разработка вариантов технологических схем
- Построение ГГМ и PC для оценки взаимовлияния отрабатываемых горизонтов на параметры НДС массива
- Технико-экономическая оценка предлагаемых схем
Введение к работе
Актуальность работы. В последние 30-40 лет одним из мировых лидеров в поставках сырья для производства минеральных удобрений является РУП «ПО «Беларуськалий», которое отрабатывает Старобинское месторождение калийных солей. В состав объединения входит четыре действующих рудоуправления, и в настоящее время ведется строительство нового рудника. В пределах месторождения залегают четыре калийных горизонта (КГ), из которых на данный момент реально отрабатываются только два (II и III КГ).
Относительно благоприятные гидрогеологические условия на шахтных полях рудников объединения позволили внедрить столбовые системы разработки с управлением кровлей полным обрушением. Однако условия поддержания подготовительных выработок в безопасном состоянии требуют оставления различных целиков шириной до 120 м и более. В результате в целиках сосредотачивается значительное количество кондиционной руды. При существующих системах разработки коэффициент извлечения на рудниках колеблется в среднем от 45 до 53%, т.е. около половины руды оставляется в недрах. Согласно проведенным оценкам, за все время работы объединения «Беларуськалий» (45 лет) потери составили около 1 млрд. тонн калийной руды, часть которой может быть доизвлечена с использованием различных технологий.
Вовлечение оставленных запасов в отработку позволит продлить срок службы калийных рудников на 8-12 лет (при оценочном коэффициенте извлечения запасов 30 % и более), повысить технико-экономические показатели работы данных рудников в условиях фактически сложившейся инфраструктуры РУП «ПО «Беларуськалий», и, в то же время, отсрочить инвестирование средств на строительство новых рудников за счет расширения сырьевой базы калийных руд на действующих рудоуправлениях. В связи со стремительным сокращением вскрытых и подготовленных запасов калийных руд, в настоящее время на двух рудниках объединения (из четырех) наметилась тенденция к снижению объемов добычи сильвинита. Разработка и внедрение технологии доизвлечения запасов из оставленных целиков создает значимые предпосылки для решения данной проблемы уже на текущем этапе работы объединения.
С.-Петербург
ОЭ 200
Существенный вклад в теорию и практику планирования и ведения очистных работ на калийных рудниках сделан учеными и специалистами: Андрейко С.С., Зубовым В.П., Ковалёвым О.В., Калугиным П.А., Красноштейном А.Е., Комиссаровой В.К., Лаптевым Б.В., Нестеровым М.П., Поляниной Г.Д., Проскуряковым Н.М., Смычником А.Д., Шалынским Г.П. и др. В то же время механизм деформирования и разрушения ответственных элементов массива при доизвлечении запасов и наличии взаимовлияния отрабатываемых калийных горизонтов имеет особенности, требующие дополнительных исследований, поскольку существенно влияет на технологические параметры добычи руды - особенно при доизвлечении.
Проведенные обобщения технологических параметров (в частности, коэффициента извлечения сильвинита) позволяют сформулировать цели и задачи научных исследований и направления их прикладного использования.
Цель работы: Увеличение сроков службы калийных рудников без дополнительных инвестиций на работы по вскрытию и подготовке запасов путем повышения полноты извлечения руды из недр.
Идея работы: Доизвлечение запасов из целиков должно производиться с использованием бурошнековой технологии, расчет параметров которой базируется на оценке напряженно-деформированного состояния этих целиков различной геометрии с учетом взаимовлияния всех отрабатываемых горизонтов в пределах шахтного поля.
Основные задачи работы:
анализ и обобщение характерных горногеологических и технологических параметров отработки пластов Старобинского месторождения;
систематизация целиков и их классификация по принципу "технологической возможности (рациональности)" доизвлечения;
анализ возможных технологий доизвлечения целиков, выбор предпочтительных вариантов и обоснование их рациональных параметров для рассматриваемых условий;
анализ и выбор методов оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) рассматриваемого массива горных пород:
моделирование нестационарных полей параметров НДС массива, вмещающего доизвлекаемые целики, с учетом обобщенных данных о его структуре и механических свойствах, оценка синергетики отрабатываемых горизонтов при реализации в их пределах различных технологических схем ведения горных работ;
изучение механизмов влияния горногеомеханических процессов, протекающих в соляном массиве, на параметры технологических схем доизвлечения запасов из целиков и выбор (обоснование) критериев локальной и региональной безопасности технологии доизвлечения;
разработка методики расчета рациональных параметров технологии доизвлечения калийной руды;
разработка технологических схем и рекомендаций по доизвлече-нию целиков на базе бурошнековой выемки (БШВ) в условиях Старобинского месторождения;
выполнение прогнозных оценок технико-экономической эффективности доизвлечения руды на рудниках РУП «ПО «Беларусь-калий» на базе разработанной методики.
Научная новизна: выявлена связь величины нагрузок, действующих на планируемые к доизвлечению целики, со временем существования выработанных пространств на отрабатываемом и смежных горизонтах; установлен характер зависимости размеров межскважинных целиков и выемочных камер от начального напряженного состояния доизвлекаемого целика и величин предельных деформаций.
Основные защищаемые положения:
-
Действующие напряжения в целиках, планируемых к доизвлечению, должны определяться по разработанным зависимостям, в которых учтено время существования выработанных пространств (ВП), оконтуривающих рассматриваемые целики, а также ВП, расположенных на смежном горизонте.
-
Рациональные технологические параметры доизвлечения должны выбираться по разработанному алгоритму с использованием установленных в работе зависимостей для определения размеров межскважинных целиков, учитывающих начальное напряженное состояние доизвлекаемого целика и допустимые деформации.
3. Разработанные типовые технологические схемы бурошне-ковой выемки с рассчитанными по предложенному алгоритму параметрами в условиях РУП «ПО «Беларуськалий» позволяют доизв-лечь до 45 % выделенных «системных» целиков и, таким образом, довести общее извлечение до 65 %.
Методы исследований: анализ и обобщение результатов предшествующих работ в области разработки месторождений минеральных солей, экспериментально-аналитическое моделирование полей параметров напряженно-деформированного состояния исследуемого массива, анализ полученных результатов и качественное сопоставление их с натурными данными о напряженно-деформированном состоянии массива горных пород Старобинского месторождения.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов подтверждается большим объемом проанализированной информации, корректностью выполненных экспериментально-аналитических исследований и близкой сходимостью их результатов с результатами численного моделирования напряженно-деформированного состояния массива на лабораторной базе Фрайбергской Горной Академии (Германия), внедрением разработанной методики на РУП «ПО «Беларуськалий», качественным соответствием полученных результатов с натурными данными и результатами работ других авторов.
Практическая значимость работы.
-
Разработана методика расчета технологических параметров технологии доизвлечения, рекомендованная к использованию в проектных работах.
-
Внедрение разработанной методики на РУП «ПО «Беларуськалий» позволяет увеличить сроки службы калийных рудников на 8-12 лет и получить доход в размере ~ 4 млрд. долларов США (прогнозный экономический эффект - до 1.2 млн. долларов США на один межпанельный целик).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодной научной конференции молодых учёных СПГГИ(ТУ) "Полезные ископаемые России и их освоение" (СПб, 2004); на ежемесячных геомеханических семинарах Факультета геологических наук, геотехники и горного дела Фрайберг-
ской Горной Академии (Германия, 2004-2005); на семинарах кафедры РМПС СПГГИ(ТУ); материалы диссертации использовались при выполнении хоздоговорных работ и аспирантского гранта Ученого Совета СПГГИ(ТУ) за 2004 год.
Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации приняты к использованию ЗАО ВНИИГалургии и РУП «ПО «Беларуськалий» для проектных работ и для разработки задания на проектирование комплекса БШВ.
Личный вклад автора: сформулированы цель и задачи исследований; разработан алгоритм проведения исследований; проанализированы геологические и горнотехнологические условия отработки калийных пластов Старобинского месторождения; проведено численное моделирование нестационарных полей параметров напряженно-деформированного состояния массива, выполнен анализ полученных результатов; выявлена функциональная взаимосвязь между параметрами доизвлечения и параметрами НДС; проведена прогнозная технико-экономическая оценка реализации технологии доизвлечения калийных руд из целиков.
Публикации: Основное содержание диссертационной работы изложено в 5 статьях. Получен патент на изобретение № 2253733 от 10.05.2005 «Способ разработки пологих калийных пластов».
Структура и объём работы. Диссертационная работа общим объёмом 188 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 109 источников, 1 приложения, включает 104 рисунка и 7 таблиц.
Обобщение технологических схем в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий»
В целом, в пределах шахтных полей мощность сильвинитовых слоев колеблется от 0,13 до 1,6 м, причем минимальную мощность имеет нижний сильвинитовый слой, а максимальную - 4-й. Наибольшее содержание КС1 обнаруживается во 2-м слое. Количество н.о. в сильвинитовых слоях возрастает вверх по разрезу и в 4-м слое достигает 20,61%. В связи с некоторыми изменениями состава, мощности и горно-геологических условий отработки объектом эксплуатации служат руды только 2-го и 3-го, а на некоторых шахтных полях также и 4-го сильвинитовых слоев.
Глинисто-карналлитовый пласт Третьего горизонта сложен неравномерно чередующимися слоями и прослоями каменной соли (от 1,2 до 30 см), галопелитов (10-70 см), сильвинит-карналлитовых и карналлитовых пород (до 70 см) и сильвинитов (1-15 см). Мощность пласта варьируется от 3,2 до 12 м и более.
Верхний сильвинитовый пласт так же, как и нижний, характеризуется ритмичным строением. В его разрезе чередуются слои сильвинитов, каменной соли и галопелитов. Мощность пласта колеблется от 2,5 до 6,8 м.
Подстилающая толща Третьего калийного пласта состоит из пласта каменной соли и глинисто-мергелистого горизонта "8а". Соляные породы пласта подстилающей каменной соли (пласт ПКС) представлены, как правило, белой разнозернистой каменной солью с сезонными прослоями известково-доломито-глинистых пород с примесью ангидрита. В каменной соли наблюдаются зонально-скелетные кристаллы галита в различной степени перекристаллизованные. Иногда в каменной соли встречаются включения сильвина и тонкие прослои сильвинита. II калийный горизонт содержит «23% руды от общих запасов и является объектом промышленной эксплуатации на месторождении, где он отрабатывается валово с выемкой двух сильвинитовых слоев и каменной соли между ними и на части площади селективно. При валовой отработке лучшим качеством горизонт обладает на юге центрального блока (шахтные поля 1 и 2), где содержание КС1 составляет 24-32% и более при относительно невысоком количестве н.о.( 1,7-7,5%).
Почва II калийного горизонта представлена в основном каменной солью мощностью от 20 м до 50 м. В кровле данного горизонта залегает преимущественно каменная соль (реже глинистые породы) мощностью 15-30 м.
В междупластье I и II горизонтов ( 60 м) залегают мощные пачки глинистых пород и каменной соли с незначительными включениями мергелей.
I калийный горизонт в пределах Старобинского месторождения развит на сравнительно небольшой площади. Залегает горизонт на глубинах от 364 до 728 м, мощность его составляет 3-6 м. В разрезе выделяются нижний и верхний сильвинитовые пласты и промежуточный глинисто-галитовый. Мощность нижнего пласта 0,65-1,65 м, верхнего 0,8-3,01 м. Содержание КС1 составляет соответственно 22,73-28,44 и 20,91-29,97%. Оба пласта характеризуются повышенным содержанием нерастворимого в воде остатка (от 12 до 28,7,%). Разработка руд этого горизонта затрудняется из-за малой мощности сильвинитовых слоев и главным образом высокого содержания н.о.
Кровля I горизонта представлена каменной солью, выше которой залегает толща мощностью 150 м состоящая из известняков, доломитов, мергелей, глин и др.
Гидрогеологические условия месторождения характеризуются двумя водоносными этажами в пределах разреза глинисто-мергелистой толщи (ГМТ), залегающей над калийными горизонтами [15]. Нижний этаж находится в условиях затрудненного и весьма затрудненного водообмена. В верхнем этаже выделяется ряд водоносных горизонтов и комплексов, которые гидравлически связаны между собой и представляют по существу единый водоносный горизонт. Таким образом, верхний этаж представляет собой зону трещинно-пластовых напорных вод, а нижний является практически водоупорным.
Последнее подтверждают гидрогеологические исследования, проведенные на Старобинском месторождении, которые свидетельствуют о том, что породы нижней части разреза глинисто-мергелистой толщи практически безводны и водоносны лишь за пределами месторождения. Мощность водоупорной части ГМТ составляет 180-300 м. Соленосные отложения над кровлей калийных горизонтов также являются естественной водозащитной толщей. Таким образом, общая мощность водозащитной толщи (ВЗТ) составляет 200-350 м над кровлей Второго калийного горизонта и 240-540 м -над кровлей Третьего горизонта [3].
Соленосные отложения в пределах эксплуатируемых горизонтов на месторождении также практически безводны. В горных выработках, а также в шпурах и подземных скважинах наблюдались незначительные по объемам выделения весьма крепких рассолов, которые быстро срабатывались. Опасности при эксплуатации месторождения они не представляют [15].
В калийных горизонтах были установлены развитие трещиноватости пород и многочисленные (особенно во II горизонте) зоны замещения сильвина галитом [85]. Трещины чаще встречаются и более четко выражены в III калийном горизонте и, как правило, хорошо прослеживаются в кровле и стенках горных выработок (протяженность их достигает 15-20 м и более). На 1 руднике общая густота трещин (отношение их числа к длине участка) колеблется от 1/20 до 1/55. Трещины, как правило, имеют ширину 1-2 см, реже 4-5 см и более, нередко расширяются кверху. Зияющие трещины не обнаружены - обычно они залечены галитом, сильвином и карналлитом (в III калийном горизонте). Имеются две основных систем трещин: первая имеет северо-восточное простирание, вторая характеризуется субширотным простиранием.
Выбор технологии доизвлечения запасов руды для условий Третьего горизонта и разработка вариантов технологических схем
Подчеркнем, что все отмеченные целики оконтурены сетью подготовительных выработок ранее отработанных выемочных столбов, то есть не требуют значительных капитальных вложений при решении возможного вопроса их доизвлечения.
Обобщая рассмотрение приведённых выше объектов доизвлечения сильвинитовой руды из целиков различного назначения, отметим следующее. Все перечисленные объекты можно классифицировать как объекты доизвлечения «системного» характера. Их запасы сосредоточены в элементах массива, наличие которых обусловлено использованием на месторождении стереотипных технологических схем выемки руды. Подобные объекты преобладают на шахтных полях объединения. К ним относятся межпанельные, внутрипанельные и околоштрековые целики, целики вдоль выработок главного направления. В то же время, на конкретных участках шахтопластов могут иметь место зоны неотработанных запасов, наличие которых обусловливается рядом других причин. Такие неизвлечённые запасы можно классифицировать как «несистемные». Они характеризуются возникновением некоторых случайных ситуаций при ведении горных работ на указанных участках. К подобным «несистемным» объектам относятся целики у геологических нарушений (в качестве примера - целик у геологического нарушения типа «сброс» в пределах 21 западной панели горизонта -620 м на Третьем рудоуправлении), а также запасы, оставленные в недрах в силу неблагоприятных горногеологических условий отработки (к примеру, вблизи зон замещения кондиционной руды каменной солью). Кроме вышеозначенных, на калийных горизонтах месторождения оставлены значительных размеров охранные целики под промплощадки рудников, городские застройки и другие важные объекты поверхности, а также целики у разведочных скважин. Решение вопроса доизвлечения таких запасов («несистемных») здесь не рассматривается и должно осуществляться в результате специальных исследований, проводимых, однако, на базе разработанных в настоящей работе методологических подходов.
В заключение еще раз подчеркнем как сложность напряженно-деформированного состояния массива, вмещающего объекты возможного доизвлечения, так и соответствующую этому необходимость в применении высоконадежного метода оценки параметров этого состояния. Вопрос о выборе и применении такого метода решается в последующих разделах данной работы.
Выбор технологии доизвлечения запасов руды для условий Третьего горизонта и разработка вариантов технологических схем Калиеносные горизонты Старобинского месторождения характеризуются сложным геологическим строением [15]. Они состоят из чередующихся слоев галита, сильвинита, карналлита, пропластков глины, что соответственно определяет параметры технологии их разработки. Важным «выходным» параметром технологии является содержание полезного компонента (КО) в выдаваемой руде. При применении камерных систем разработки содержание KCI в выдаваемой руде составляет 24-25%, что в 1,5-2 раза ниже, чем в сильвинитовых слоях. При использовании технологии выемки на полную мощность без разделения на слои (применяется на Втором горизонте и для совместной выемки слоев II и III на Третьем горизонте) содержание КС1 в добываемой руде составляет 28-30%. При селективной выемке слоев - 32-35%, при слоевой выемке Третьего калийного пласта (отдельно IV слой и слои II и III) - 32-34%. Применение раздельной выемки слоев позволяет повысить содержание хлористого калия в руде по лаве на 7-10 абсолютных процентов по сравнению с валовой выемкой.
Очевидно, что предполагаемая технология доизвлечения должна обеспечивать минимальное разубоживание добываемой руды в целях снижения затрат на ее транспортировку на поверхность и последующее обогащение. Снижение уровня разубоживания возможно осуществить, во-первых, за счет сведения в такой технологии к минимуму объема проводимых подготовительных выработок, порода от которых поступает на обогатительную фабрику и составляет на данный момент 20% от всей добычи на объединении, а также, во-вторых, за счет применения селективного (выборочного) доизвлечения слоев руды с максимальным содержанием полезного компонента.
Кроме того, подобная технология должна обладать достаточной «мобильностью» и приспособляемостью к различным горнотехническим условиям, изменчивость которых явным образом диктуется широким диапазоном изменений размеров целиков, предполагаемых к доизвлечению, а также различными глубинами их залегания (от 400 и вплоть до 1000 м). Другими словами, предполагаемая технология доизвлечения должна обладать легко варьируемыми параметрами, определяющими ее применимость в тех или иных условиях (включая размеры и количество обслуживающих выработок, применяемое оборудование и т.д.).
Построение ГГМ и PC для оценки взаимовлияния отрабатываемых горизонтов на параметры НДС массива
В настоящем разделе приведены результаты разработки горногеомеханических моделей (ГГМ) и расчётных схем (PC) для определения параметров доизвлечения применительно к характерным, классифицированным по системам разработки Третьего горизонта, объектам. Построение горногеомеханических моделей (отражают совокупность геологических характеристик массива, включая механические свойства выделенных в его толще характерных пакетов пород, а также вмещаемые им горные выработки и др.) и соответствующих расчётных схем (учитывают дополнительно к ГТМ граничные и иные условия формирования в моделях исследуемых полей компонентов тензоров ay, Єу и вектора 8j) выполнено комплексно, то есть в форме "ГГМ-РС". Отметим также, что в силу натурно зарегистрированной и достаточно выраженной пространственной неизменности механических характеристик соляного массива (в пределах габаритов рассматриваемых объектов и с допускаемым коэффициентом вариации указанных свойств V 30 %) оценку НДС пород целесообразно fv выполнить в плоско-деформированной постановке.
В общей постановке моделируемые в представленных ниже моделях целики возможно принять приближённо равновеликими по ширине (в конкретных задачах принимаются их фактические габариты), но с учётом в ГГМ (PC) параметров и количества оконтуривающих их выработок.
Как отмечалось в разделе 2.2 наиболее характерными и к предпочтительными для доизвлечения запасов сильвинита объектами в условиях Третьего калийного горизонта являются межпанельные и внутрипанельные целики, формируемые при отработке пластов - например, при применении системы разработки с комбинированным порядком отработки столбов в панели (рис. 1.7). ГГМ (PC), используемая в качестве методического примера для оценки параметров НДС доизвлекаемого межпанельного целика, оставшегося после отработки пласта по данной системе, и окружающего массива приведена на рис. 3.1. В данном примере ширина целика, с учётом ширины стартовой выработки, принята равной а= 104,5 м. Возможная глубина ведения горных работ при доизвлечении составляет Н да 800 м, что определяет задание вертикальной компоненты граничной геостатической нагрузки Р = 18,0 МПа (при средневзвешенной плотности пород налегающей толщи у да 2,3 т/м). Геометрические параметры элементов массива и горных выработок приняты в соответствии с разделом 1.2. Деформационные характеристики налегающих и подстилающих Третий калийный горизонт толщ приняты согласно разделу 2.5. Аналогичные параметры собственно извлекаемой толщи (слои II, И-Ш и III суммарной мощностью т да 2,5 м) скорректированы для условий in situ с учётом возможного развития в ней дополнительной - техногенной — трещиноватости. Для материала, заполняющего выработанные пространства (ВП)і и (ВП)2, приняты значения ЕМгп и яМгп (с учётом реономности их свойств), отвечающие максимально неблагоприятным условиям деформирования массива в рассматриваемой зоне доизвлечения сильвинитовой руды. Очевидно, что такой подход может обеспечить наибольшую надёжность при оценке в зоне доизвлечения запасов как региональной, так и локальной безопасности ведения горных работ.
На рис. 3.2 приведена ГГМ(РС), позволяющая оценить НДС элементов массива и их устойчивость при доизвлечении целика по рассмотренным в разделе 2.3 типовым технологическим схемам. В данной модели исследуется последовательность целиков и скважин, образующихся при выемке слоев бурошнековым оборудованием. Используя ГГМ(РС), представленную на рис. 3.1, возможно оценить параметры компонентов ay и Ъх, характеризующие напряженное состояние оставленного целика и прилегающих выработанных пространств. Переходя далее к ГТМ(РС), отражающей возможные условия доизвлечения запасов сильвинита из целиков рассматриваемой системы разработки и представленной на рис. 3.2, возможно решать задачи о выборе безопасных и рациональных параметров бурошнековой технологии ведения горных работ. Важно отметить, для ГГМ(РС) на рис. 3.2 принимаемые для нее параметры сту(і) и стх(і) (исходные условия) функционально зависят от условий деформирования породных толщ, определяемых по ГТМ(РС) на рис. 3.1, то есть ау(і) =/(ау), ах(і) =/(ах).
С использованием аналогичных методических подходов разработаны ГГМ (PC), отражающие условия доизвлечения запасов из межпанельных и внутрипанельных целиков при других системах разработки.
Как отмечалось, настоящие примеры построения ГГМ (PC) являются методически базовыми для всех характерных, классификационно-выделенных предпочтительных объектов доизвлечения с применением бурошнековой выемки.
Для участков применения столбовых систем разработки со слоевой выемкой Третьего пласта (рис. 1.10) характерно наличие запасов сильвинитовой руды не только в межпанельных целиках, но и в жёстком целике, оставляемом между двумя нижними лавами, отрабатывающими слои II и III (слой IV отрабатывается верхней, располагаемой по центру панели лавой). С учётом этого применительно к рассматриваемой технологической схеме слоевой выемки разработаны ГГМ (PC), представленные на рис. 3.3 и рис. 3.4 и 3.5. На рис. 3.3 условно обозначены только выработки нижних лав. Зона обрушения, помимо собственно ВП нижних и верхней лав, учитывается до высоты 20 м над почвой нижних очистных забоев; именно такая величина принята значимой в рамках выполняемой геомеханической оценки параметров доизвлечения. Распространённость этой зоны в пределах ГГМ(РС) неодинакова. Над внутрипанельным целиком она распространяется до указанной высоты над слоем "III-IV", а над межпанельным целиком 94 допустимо отсутствует. При этом в пределах участка "ВА" она отображена без учёта реального угла обрушения МГП, что в данном случае допустимо в виду близости угла максимальных оседаний к значениям "0,5-7i". Контактные условия, принятые в ГГМ (PC) по данным анализа укрупнённых геологических характеристик массива, реализуются в виде т. -» шах (полное сцепление) и т — 0 (полное проскальзывание). Отметим, что аналогичные обозначения присущи всем ГТМ(РС).
Технико-экономическая оценка предлагаемых схем
При горнотехнологических условиях, отвечающих «симметрии неполной» (рис. 3.31 и 3.32), анализ полей ау показывает практическую идентичность величин этой компоненты напряжений в центральной области МПЦ как при опережающей отработке выемочных участков на Пом калийном горизонте (рис. 3.31), так и в случае опережения очистными работами IIIго горизонта работ на Пом горизонте (рис. 3.32). Следовательно, и планирование работ по доизвлечению запасов МПЦ в данных случаях может не учитывать фактора горногеомеханической синергетики рассматриваемых горизонтов.
В случае горнотехнической ситуации отработки горизонтов по схеме «диагональной симметрии» (рис. 3.34), прежде всего, фиксируется заметная ассиметрия уровня ау: в направлении от ранее отработанного выемочного участка IIIго горизонта к отработанному позже величина ау возрастает от 20- 22 МПа до 48-ь50 МПа. В центральной части МПЦ величины ау соответствуют значениям 26-г28 МПа. При данном варианте отработки горизонтов анализ синергетики показывает возможность достаточно широкого варьирования в расположении стартовой выработки по ширине МПЦ и, как и во всех иных рассматриваемых вариантах схем отработки горизонтов, о возможности получения при доизвлечении различных значений коэффициента извлечения (кт) руды из целика.
При отработке запасов IIго и IIIго калийных горизонтов по схемам с отсутствующей симметрией отработки выемочных участков (рис. 3.33, 3.35 и 3.36) анализ полей компоненты ау показывает, что наиболее неблагоприятные горногеомеханические условия могут иметь место при доизвлечении запасов МПЦ в случае опережающей отработки одного из столбов IIго горизонта относительно всех иных выемочных участков (рис. 3.33). При уровне напряжений ау « 36 МПа в центральной ЗОНІ3 МПЦ, который может иметь место и при других схемах, напряжённое состояние в краевых зонах целика весьма усложнено, и ау достигает здесь значений 50 МПа и более. Протяжённость указанных зон значительна и составляет около 40 % суммарной ширины МПЦ, что может предопределить весьма низкие, по сравнению с иными схемами, значения кт.
Две другие несимметричные схемы отработки горизонтов (рис. 3.35 и 3.36), несмотря на различие во временных условиях отработки выемочных участков горизонтов, по фактору геомеханического состояния МПЦ могут рассматриваться практически как однозначные. Это утверждение доказывает как анализ уровня ау, соответствующего диапазону (20-г22)-г(28-г30) МПа со стороны примыкания МПЦ-Ш к ранее сформированному во времени выработанному пространству (с левой стороны на рис. 3.35 и 3.36), так и оценка ожидаемой величины коэффициента извлечения руды из целика, приближённо равнозначного в обоих вариантах. Последнее подразумевает возможный уровень потерь доизвлекаемой руды (18н-23)% в зонах повышенной концентрации напряжений со стороны выработанных пространств столбов, сформированных позже (правые выработанные пространства на рис. 3.35 и 3.36).
После выполнения оценки средневзвешенных по ширине МПЦ значений ау и ах в каждой из разработанных ГГМ(РС) стало возможным установить исходные граничные условия для изучения НДС в МПЦ при его доизвлечении. Результаты расчетов компонентов напряжений Сту исходного поля ау в МПЦ горизонтов II и III схематически приведены на рис. 3.37.
Приведенные на данном рисунке значения параметров сТу использованы при разработке ГГМ(РС) для зон бурошнекового доизвлечения запасов из МПЦ и, соответственно, для последующих расчетов параметров НДС пород в таких зонах.
Рассчитываемые по всем варьируемым параметрам величины компоненты ау (а также Стх) тензора (Гц целесообразно принять в качестве основных влияющих факторов при выборе наиболее рациональных схем бурошнековой выемки доизвлекаемых запасов.
При анализе условий локального безопасного ведения горных работ в зонах доизвлечения (в стартовых выработках) целесообразно использовать данные о компонентах тензора Єу. По ним удобно судить о наличие в массиве растягивающих деформаций, которые являются критичными при оценке устойчивости горных пород.
При рассмотрении условий региональной безопасности доизвлечения необходимую информацию, как отмечалось в начале раздела, обеспечивают данные о компоненте "V" вектора 8j. Последнее объясняется возможностью расчетного получения геомеханически обоснованных данных и легкостью их сопоставления с нормативными требованиями к деформированию пород водозащитной толщи (ВЗТ) в зонах масштабного доизвлечения запасов сильвинитовых руд (в МПЦ рабочих горизонтов рудников).
